(57)【要約】【課題】燃料電池の燃料としてタノールなどの有機溶剤を用いた場合にも、腐食による短寿命化を防止するとともに、継ぎ手などの接続部分の強度を確保して破損を低減することが可能な燃料電池評価装置および燃料電池を提供する。【解決手段】集電体に燃料を供給する流体流路が形成されて燃料への耐性を有するセパレータを発電素子に隣接して配し、外部から流体流路に燃料を供給する管状の流体配管を挿入し、流体配管を保持し流体流路に連通する配管保持孔が形成されたホルダーによってセパレータを保持して片側挟込部を構成する。一対の片側挟込部で発電素子を挟持し、流体配管と流体流路を介して燃料や酸素を発電素子に対して供給する。【選択図】図１
2005019079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質が集電体によって挟持された発電素子に対して液体燃料を供給する燃料電池評価装置であって、
前記集電体に液体燃料を供給する流体流路が隣接する前記発電素子との間に形成され液体燃料への耐性を有するセパレータと、
液体燃料への耐性を有し外部から前記流体流路に燃料を供給する流体配管と、
前記流体流路に連通して前記流体配管を保持する配管保持孔が形成されたホルダーと、
を有することを特徴とする燃料電池評価装置。
【請求項２】
前記配管保持孔の前記流体流路と隣接する位置に、前記液体燃料への耐性を有し、前記セパレータに密着して前記液体燃料の漏洩を防止する漏洩防止部を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池評価装置。
【請求項３】
前記漏洩防止部には、前記液体燃料への耐性を有する弾性部材が前記流体配管の外周に密着するように配されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池評価装置。
【請求項４】
前記ホルダーには、前記配管保持孔と連通して前記流体配管を挿入および固定する配管継手が形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池評価装置。
【請求項５】
前記ホルダーが前記セパレータを保持することを特徴とする請求項１記載の燃料電池評価装置。
【請求項６】
前記流体流路の一部まで前記流体配管が挿入されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池評価装置。
【請求項７】
前記セパレータと前記発電素子との間に、前記液体燃料への耐性を有し前記集電体の周囲で前記燃料の漏洩を防止するシール部材が配されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池評価装置。
【請求項８】
電解質が集電体によって挟持された発電素子と、
前記集電体に液体燃料を供給する流体流路が隣接する前記発電素子との間に形成され液体燃料への耐性を有するセパレータと、
液体燃料への耐性を有し外部から前記流体流路に燃料を供給する流体配管と、
前記流体配管を保持し前記流体流路に連通する配管保持孔が形成されたホルダーと、
を有することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池評価装置および燃料電池に関し、特に発電のための燃料としてメタノールなどの有機溶剤を用いる燃料電池評価装置および燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料と酸素（酸化剤ガス）を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されており、例えば自動車を駆動するための駆動電源や家庭用コジェネレーションシステムとして使用する試みが行われている。
【０００３】
さらに、上述の自動車駆動用の駆動電源等に止まらず、例えばノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電池の開発も活発に行われている。このような燃料電池においては、所要の電力を安定して出力できるとともに、携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、このような要求に対応するべく各種技術開発が盛んに行われている。
【０００４】
燃料電池は、電解質の違いや燃料の供給方法等によって様々なタイプのものに分類されるが、メタノールを水素に改質せずに燃料として直接用いるダイレクトメタノール型の燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）も提案されている。ダイレクトメタノール型の燃料電池では、アノード側でＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ―の如き反応がおき、カソード側で３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ―→３Ｈ２Ｏの如き反応がおきていると考えられる。アノード側で発生したプロトン（Ｈ＋）が電解質によってカソード側に伝達され、全体としてＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏの反応が起きて発電とともに水と二酸化炭素が生成される。
【０００５】
図７は従来の燃料電池の特性試験を行うセルユニットの構造を示す分解模式断面図であり、図８は図７に示したセパレータ１ａのみを示した外観斜視図である。試験セルユニットは、導電性を有する板状の金属部材である二枚のセパレータ１ａ，１ｂで、燃料電池の発電素子として発電を行う接合体２と絶縁部材９を挟み込んだ構造となっている。図７では、各構成部材が分離した状態を示しているが、特性試験を行う場合には、セパレータ１ａ，１ｂで接合体２と絶縁部材９を挟持して、セパレータ１ａ，１ｂと接合体２および絶縁部材９が密着し、絶縁部材９と接合体２も密着した状態となる。
【０００６】
セパレータ１ａ，１ｂの内部には、流体が流れる流路である流体流路３ａ，３ｂがそれぞれ形成されており、流体流路３ａ，３ｂの一部は接合体２側の面に露出してミアンダ状の溝４ａ，４ｂとなっている。流体流路３ａ，３ｂはセパレータ１ａ，１ｂの二つの側面から溝４ａ，４ｂまでセパレータ１ａ，１ｂ内部を貫通して形成された孔であり、接合体２で使用される燃料や酸素である流体が流体流路３ａ，３ｂの一方から流入して、溝４ａ，４ｂを通って他方の流体流路３ａ，３ｂから排出される。
【０００７】
また、セパレータ１ａ，１ｂには流体流路３ａ，３ｂに連通して継手５および中間アダプタ６が取り付けられており、セパレータ１への流体供給および流体排出は、継手５に締結された中間アダプタ６を通して行われる。中間アダプタ６は圧入および接着剤などでシールされることでセパレータ１へ接合されて、流体の漏洩を防止する構造となっている。
【０００８】
接合体２は、プロトンを伝導する電解質７を通気性と導電性を有する二枚の集電体８ａ，８ｂで挟み込んだ構造である。接合体２では、セパレータ１ａの溝４ａから燃料であるメタノールなどの流体を集電体８ａが受け取り、セパレータ１ｂの溝４ｂから酸素を含んだ気体を集電体８ｂが受け取り、電解質７がプロトンを伝導することで発電が行われる。
【０００９】
集電体８ａ，８ｂの周囲には接合体２とセパレータ１ａ，１ｂとの間に絶縁部材９が配されている。セパレータ１ａ，１ｂが接合体２を挟持するように締結された場合には、絶縁部材９がセパレータ１ａとセパレータ１ｂとの絶縁を確保し、接合体２の電解質７とセパレータ１ａ，１ｂとの絶縁も確保する。また、絶縁部材９が接合体２とセパレータ１ａ，１ｂとの間に挟持されることで、絶縁部材９は集電体８ａ，８ｂや溝４ａ，４ｂからの燃料や酸素の漏洩を防止する気密確保の機能も果たすことになる。
【００１０】
試料としての接合体２をセパレータ１ａ，１ｂの間に挟み、流体流路３ａから燃料であるメタノールなどの有機溶剤を集電体８ａに供給し、接合体２での発電によって生じた電流や電圧を測定することで、接合体２の発電特性を評価する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来このような構成で特性の評価測定が行われていたものの、セパレータ１を金属材料で形成すると、燃料であるメタノールなどの有機溶剤によって腐食が起こり、評価装置の寿命が短くなってしまうという問題が発生する。また、セパレータ１を金属材料で形成して表面に金メッキなどを施すと、製造コストが上昇してしまう上に、金メッキにピンホールがあった場合にはピンホール部分から腐食が進行してしまい、結果として評価装置の寿命が短くなってしまうという問題があった。
【００１２】
また、燃料であるメタノールなどの有機溶剤に対する耐腐食性を向上させるために、セパレータ１をエポキシ樹脂などのバインダーに炭素素材を練りこんだ材質にて形成すると、セパレータ１の強度が低下し非常に脆くなってしまう。この場合には、ネジ穴などの形成が困難となるために、セパレータ１に継手５を接続することが困難になってしまう。さらに、燃料であるメタノールなどの有機溶剤は継手５にも接触するため、継手５を有機溶剤に対する耐腐食性を有する材質、例えばフッ素樹脂で形成すると、セパレータ１と継手５との接着が困難となるなどの問題があった。また炭素素材を主成分としたねじ穴を形成できるセパレータも存在はするが、評価試験などで金属継ぎ手を複数回取り外すなどの行為によりねじ部が削られ、気密性が低下してしまうという問題があった。
【００１３】
したがって本願発明は、燃料電池の燃料としてタノールなどの有機溶剤を用いた場合にも、腐食による短寿命化を防止するとともに、継ぎ手などの接続部分の強度を確保して破損を低減することが可能な燃料電池評価装置および燃料電池を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の燃料電池評価装置は、電解質が集電体によって挟持された発電素子に対して液体燃料を供給する燃料電池評価装置であって、前記集電体に液体燃料を供給する流体流路が隣接する前記発電素子との間に形成され液体燃料への耐性を有するセパレータと、液体燃料への耐性を有し外部から前記流体流路に燃料を供給する流体配管と、前記流体流路に連通して前記流体配管を保持する配管保持孔が形成されたホルダーと、を有することを特徴とする。
【００１５】
燃料であるメタノールなどの燃料が接触する部分であるセパレータを、有機溶剤に対する耐腐食性の材質で形成することで、燃料によるセパレータの劣化を防ぐことができる。また、ホルダーによって流体配管を保持することで、ホルダー自体に有機溶剤に対する耐腐食性を持たせずとも、破損を低減することができる強度の材質を用いることができるため、燃料電池評価装置の寿命を向上させることが可能となる。
【００１６】
配管保持孔の流体流路と隣接する位置に、燃料に対して耐腐食性を有しセパレータに密着して燃料の漏洩を防止する漏洩防止部を有することで、流体流路に供給された燃料がホルダーに逆流することを防止することができ、ホルダーを有機溶剤に対する耐腐食性の材質で形成する必要がなくなる。漏洩防止部には、燃料に対して耐腐食性を有する弾性部材が流体配管の外周に密着するように配することで、燃料の漏洩を更に効果的に防止することができる。
【００１７】
また、ホルダーに配管保持孔と連通して流体配管を挿入および固定する配管継手を形成することにより、流体配管を外部からセパレータに形成された流体流路まで挿入した状態で保持することができ、外部からの流体流路までは燃料が流体配管を通過することになる。流体配管を燃料に対する耐腐食性を有する材質で形成し、流体流路の内部まで流体配管を挿入することで、燃料が接触するのはセパレータと流体配管のみとなり、燃料である有機溶剤によって燃料電池評価装置が劣化して寿命が短くなることを防止することが可能となる。さらに、セパレータと発電素子との間に、燃料に対する耐腐食性を有し集電体の周囲で燃料の漏洩を防止するシール部材を配することで、接合体とセパレータとの間での燃料のを漏洩を防ぐことが出来る。
【００１８】
また、上記課題を解決するために本発明の燃料電池は、電解質が集電体によって挟持された発電素子と、前記集電体に液体燃料を供給する流体流路が隣接する前記発電素子との間に形成され液体燃料への耐性を有するセパレータと、液体燃料への耐性を有し外部から前記流体流路に燃料を供給する流体配管と、前記流体配管を保持し前記流体流路に連通する配管保持孔が形成されたホルダーと、を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第一の実施の形態］
以下、本発明を適用した燃料電池評価装置および燃料電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。本実施の形態では、燃料としてメタノールと水の混合溶液を用いる例を示すが、有機溶剤であれば他の物質であってもよく、また、有機溶剤ではない水素ガスなどを燃料として用いてもよい。
【００２０】
図１は本発明の燃料電池評価装置の構造を示す外観斜視図であり、図２は分解断面斜視図である。燃料電池評価装置１０は、矩形状のセパレータ１１の周縁部を取り囲むように、二つのホルダー１２ａ，１２ｂがセパレータ１１を保持している。また、セパレータ１１とホルダー１２ａ，１２ｂを組み合わせた片側挟込部１３を二つ対向させて、発電素子としての試料である接合体１４を片側挟込部１３で挟持している。ホルダー１２ａ，１２ｂにはそれぞれ継手１５ａ，１５ｂが取り付けられており、継手１５ａ，１５ｂには外部との燃料や酸素の授受を行うための流体配管であるチューブ１６が接続される。
【００２１】
図２では、各構成部材が分離した状態を示しているが、燃料電池の評価試験を行う場合には、二つの片側挟込部１３で接合体１４と絶縁部材１７を挟持して、接合体１４および絶縁部材１７がセパレータ１１と密着し、絶縁部材１７と接合体１４も密着した状態となる。
【００２２】
セパレータ１１は、接合体１４で発電により発生した電流を伝導するために導電性を有し、燃料であるメタノールが接触しても腐食によって劣化しないために、有機溶剤に対する耐腐食性を有する材質で構成される。本実施例では、セパレータ１１として、例えばエポキシ樹脂をバインダーとして炭素素材を練りこみ、矩形状に成形したものを用いる。
【００２３】
セパレータ１１の内部には、流体が流れる流路である流体流路１８が形成されており、流体流路１８の一部は接合体１４側の面に露出してミアンダ状の溝１９となっている。流体流路１８はセパレータ１１の二つの側面から溝１９までセパレータ１１内部を貫通して形成された孔であり、後述するホルダー１２ａ、１２ｂに形成された配管保持孔２０と連通する。流体流路１８の直径は、チューブ１６が挿入可能な大きさであり、外部からホルダー１２ａ，１２ｂを介して挿入されたチューブ１６が流体流路１８の内側まで到達可能となっている。
【００２４】
接合体１４は、プロトンを伝導する電解質２６を通気性と導電性を有する二枚の集電体２７ａ，２７ｂで挟み込んだ構造である。接合体１４では、セパレータ１１の溝１９ａから燃料であるメタノールなどの流体を集電体２７ａが受け取り、セパレータ１１の溝１９ｂから酸素を含んだ気体を集電体２７ｂが受け取り、電解質２６がプロトンを伝導することで発電が行われる。
【００２５】
集電体２７ａ，２７ｂの周囲には接合体１４とセパレータ１１との間に絶縁部材１７が配されている。セパレータ１１が接合体１４を挟持するように締結された場合には、絶縁部材１７が電解質２６とセパレータ１１との絶縁を確保する。また、絶縁部材１７が接合体１４とセパレータ１１との間に挟持されることで、絶縁部材１７は集電体２７ａ，２７ｂや溝１９ａ，１９ｂからの燃料や酸素の漏洩を防止する気密確保の機能を果たし、シール部材として機能することになる。
【００２６】
ホルダー１２ａ，１２ｂは、コの字形状に形成された金属製の部材であり、ホルダー１２ａとホルダー１２ｂを組み合わせることで枠形状を成す。ホルダー１２ａとホルダー１２ｂとによって構成された枠形状の中にはセパレータ１１が配され、ホルダー１２ａ，１２ｂを締結することによってセパレータ１１が固定保持される。ホルダー１２ａ，１２ｂを構成する金属の材質は、燃料であるメタノールに対して耐腐食性を有する必要はなく、一般的な金属材料であるステンレスやアルミニウム、鉄、銅などを用いることができる。また、ホルダー１２ａ，１２ｂの表面に金メッキを施す必要もない。さらにホルダー１２ａ，１２ｂは、継手１５ａ，１５ｂを接合するのに耐えうる強度を有する材質であれば金属ではなく、樹脂やセラミックなどを用いるとしても良い。
【００２７】
ホルダー１２ａ，１２ｂには、一方の側面からセパレータ１１を保持する面まで貫通する孔である配管保持孔２０が形成されている。配管保持孔２０はチューブ１６を挿入することが可能な大きさの直径の孔であり、セパレータ１１に形成された流体流路１８に連通して形成される。また、配管保持孔２０と流体流路１８が連通する位置には、略円筒形状の漏洩防止部２１が形成されている。
【００２８】
漏洩防止部２１は、燃料であるメタノールに対する耐腐食性を有する材質で形成された略円筒形状の部材であり、円筒の中心軸方向に沿って配管保持孔２０と同径の孔である中心軸孔２２が形成されている。中心軸孔２２は配管保持孔２０の一部を構成しており、中心軸孔２２と配管保持孔２０および流体流路１８とはそれぞれ連通してチューブ１６が挿入される孔を成している。また、漏洩防止部２１の中心軸孔２２には、環状の弾性部材であるＯリング２３が配されている。Ｏリング２３も燃料であるメタノールに対する耐腐食性を有する例えばＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマ）を主材料とするものなどの材質で形成されている。
【００２９】
また、ホルダー１２ａ，１２ｂには配管保持孔２０に連通して継手１５ａ，１５ｂが取り付けられており、ホルダー１２ａ，１２ｂへの流体供給および流体排出は継手１５ａ，１５ｂから挿入されるチューブ１６を通して行われる。継手１５ａ，１５ｂは圧入および接着剤などでシールされることでホルダー１２ａ，１２ｂと接合されて流体の漏洩を防止する構造となっており、挿入されたチューブ１６を締め付けて固定する。
【００３０】
チューブ１６は、燃料であるメタノールに対して耐腐食性を有する材質で形成された管状の流体配管であり、流体流路１８，中心軸孔２２，Ｏリング２３，配管保持孔２０の内径と同程度の直径を有している。継手１５ａ，１５ｂからホルダー１２ａ，１２ｂに挿入されたチューブ１６は、配管保持孔２０および中心軸孔２２を介してセパレータ１１の流体流路１８まで到達する。
【００３１】
図３は燃料電池評価装置１０を構成する片側挟込部１３を示す外観斜視図である。片側挟込部１３は、上述した様にセパレータ１１をホルダー１２ａ，１２ｂで保持した構造であり、ホルダー１２ａに取り付けられた継手１５ａからチューブ１６が挿入され、ホルダー１２ｂに取り付けられた継手１５ｂからもチューブ１６が挿入されている。セパレータ１１の接合体１４側表面には、流体流路１８の一部としてミアンダ状の溝１９が形成されており、セパレータ１１の内部に形成された流体流路１８と溝１９が連通している。
【００３２】
図４は図３に示した片側挟込部１３のセパレータ１１とホルダー１２ａを主面に平行な方向に切断した部分断面図である。ホルダー１２ａとホルダー１２ｂとは、それぞれに形成された締結孔２４でネジ２５によってネジ止めされることで、互いに締結されると共にセパレータ１１を保持する。また、継手１５ａと継手１５ｂからセパレータ１１に形成された流体流路１８までチューブ１６が挿入されている。
【００３３】
図３および図４に示した片側挟込部１３を二つ用意し、図２に示したように試料としての接合体１４を二つのセパレータ１１の間に挟む。燃料電池評価装置１０の外部からチューブ１６を用いて、流体流路１８および溝１９ａを介して燃料であるメタノールなどの有機溶剤を集電体２７ａに供給する。また、集電体２７ｂにも同様にして、燃料電池評価装置１０の外部からチューブ１６を用いて流体流路１８および溝１９ｂを介して酸素を含んだ空気を供給する。集電体２７ａに供給されたメタノールと集電体２７ｂに供給された酸素によって、接合体１４で発電が行われる。集電体２７ａ，２７ｂはセパレータ１１と接触しており、セパレータ１１が導電性の材質によって形成されているため、接合体１４を挟み込んでいる二枚のセパレータ１１に電流計と電圧計を接続して電流や電圧を測定することで、接合体１４の発電特性を評価する。
【００３４】
燃料であるメタノールを接合体１４に供給する際の燃料の流れを図３および図４を用いて説明する。一方の片側挟込部１３では、配管保持孔２０および中心軸孔２２の内部を通過して流体流路１８まで挿入されたチューブ１６が継手１５ａによって固定・保持されている。燃料であるメタノールは燃料電池評価装置１０の外部からチューブ１６を介して流体流路１８に供給され、メタノールは流体流路１８から溝１９ａに流入する。セパレータ１１の溝１９ａが形成された面には図２に示したように接合体１４の集電体２７ａが接しているため、接合体１４に対する燃料の供給が実現される。溝１９ａを流れた燃料は、もう一方の流体流路１８からチューブ１６へと流入して外部へと排出される。
【００３５】
同様にして、他方の片側挟込部１３でも酸素を含んだ空気もチューブ１６から流体流路１８を介して溝１９ｂに空気が流入し、集電体２７ｂに酸素が供給されて、流体流路１８からチューブ１６を介して空気が排出される。
【００３６】
セパレータ１１は有機溶剤に対する耐腐食性を有しているため、燃料流路１８および溝１９ａをメタノールが流れてもセパレータ１１が有機溶剤に溶解せず、燃料電池評価装置１０の長寿命化を図ることができる。セパレータ１１をエポキシ樹脂などのバインダーにより練りこまれた炭素素材にて形成することができるため、溝１９や流体流路１８の形成を容易に行うことも可能になる。エポキシ樹脂などのバインダーにより練りこまれた炭素素材は高価な材料であるが、ホルダー１２とセパレータ１１とで片側挟込部１３を構成することで、セパレータ１１を接合体１４と接触する必要最低限の大きさとし、セパレータ１１の小型化を図ることができるためコストを低減できる。
【００３７】
また、配管保持孔２０にはチューブ１６がセパレータ１１の流体流路１８に到達するまで挿入されているために、メタノールがホルダー１２ａ，１２ｂの配管保持孔２０を直接流れることはない。また、流体流路１８と配管保持孔２０との境界には有機溶剤に対する耐腐食性を有する漏洩防止部２１が形成されており、チューブ１６の周囲にはＯリング２３が配されているため、流体流路１８からメタノールが中心軸孔２２を介してホルダー１２ａ，１２ｂ側に漏洩することを防止できる。
【００３８】
したがって、ホルダー１２ａ，１２ｂが有機溶剤に対する耐腐食性を有していなくても、ホルダー１２ａ，１２ｂが有機溶剤に対して溶解してしまうことを防止し、接合体１４に対するメタノールの供給や接合体１４からのメタノールの排出をすることができる。さらに、ホルダー１２ａ，１２ｂを金属等により形成していることで、継手１５ａ，１５ｂをホルダー１２ａ，１２ｂに接合したとしても、継手１５ａ，１５ｂを接合した部分の破損を防止することが可能である。
【００３９】
接合体１４のカソード側には流体流路１８から酸素を含んだ空気が供給されるが、アノード側に供給された燃料であるメタノールが電解質２６を通過してカソード側に到達することもあるため、カソード側に配置されるセパレータ１１も燃料であるメタノールに対する耐腐食性を有していることが望ましい。
【００４０】
図１乃至図４を用いて説明した燃料電池評価装置は、燃料であるメタノールと酸素を含んだ空気を接合体に供給して発電を行うため、同様の構成で燃料電池として機能する。燃料電池として用いる場合には、電流計や電圧計をセパレータに接続する代わりに、セパレータを電池の正極と負極としてセパレータに回路を接続することで、発電によって生じた電流を回路に供給することが可能となる。
【００４１】
図１乃至図４に示した構成を燃料電池として用いた場合にも、セパレータが有機溶剤に溶解せず燃料電池の長寿命化を図ることができる。セパレータをエポキシ樹脂などのバインダーにより練りこまれた炭素素材にて形成することができるため、溝や流体流路の形成を容易に行うことも可能になる。また、セパレータを接合体と接触する必要最低限の大きさとし、セパレータの小型化を図ってコストを低減できる。さらに、ホルダーを金属等により形成することで、継手をホルダーに接合したとしても、継手を接合した部分の破損を防止することが可能である。
【００４２】
［第二の実施の形態］
次に、本発明の他の実施の形態として、燃料電池評価装置の片側挟込部を変形した例を図５および図６に示して説明する。本実施の形態の燃料電池評価装置は、第一の実施の形態で図１を用いて説明したと同様に、矩形状のセパレータの周縁部を取り囲むように、二つのホルダーがセパレータを保持する。また、セパレータとホルダーを組み合わせた片側挟込部を二つ対向させて、試料である接合体を片側挟込部で挟持している。ホルダーにはそれぞれ継手が取り付けられており、継手には外部との燃料や酸素の授受を行うための流体配管であるチューブが接続される。
【００４３】
本実施の形態は、セパレータに環状溝を形成して環状溝に燃料の漏洩を防止するシール部材を配置し、セパレータと電気的に接続された接続端子部をホルダーに形成する点が第一の実施の形態と異なる。シール部材と接続端子部以外の構成要素に関しては重複を避けるために説明を省略する。
【００４４】
図５は、本実施の形態の燃料電池評価装置を構成する二枚の片側挟込部３３の一方を示した外観斜視図であり、図６は片側挟込部３３に形成された接続端子部付近を示す外観斜視図である。
【００４５】
片側挟込部３３は、矩形状のセパレータ３１の周縁部を取り囲むように、二つのホルダー３２ａ，３２ｂがセパレータ３１を保持している。セパレータ３１とホルダー３２ａ，３２ｂを組み合わせた片側挟込部３３を二つ対向させて、試料である接合体を片側挟込部３３で挟持することで燃料電池評価装置が構成される。ホルダー３２ａ，３２ｂにはそれぞれ継手３５ａ，３５ｂが取り付けられており、継手３５ａ，３５ｂには外部との燃料や酸素の授受を行うための流体配管であるチューブが接続される。
【００４６】
セパレータ３１の内部には、流体が流れる流路である流体流路が形成されており、流体流路の一部は接合体側の面に露出してミアンダ状の溝３９となっている。流体流路は溝３９までセパレータ３１内部を貫通して形成された孔であり、ホルダー３２ａ、３２ｂに形成された配管保持孔と連通する。流体流路の直径は、チューブが挿入可能な大きさであり、外部からホルダー３２ａ，３２ｂを介して挿入されたチューブが流体流路の内側まで到達可能となっている。
【００４７】
ホルダー３２ａ，３２ｂは、コの字形状に形成された金属製の部材であり、ホルダー３２ａとホルダー３２ｂを組み合わせることで枠形状を成す。ホルダー３２ａとホルダー３２ｂとによって構成された枠形状の中にはセパレータ３１が配され、ホルダー３２ａ，３２ｂを締結することによってセパレータ３１が固定保持される。
【００４８】
ホルダー３２ａ，３２ｂには、一方の側面からセパレータ３１を保持する面まで貫通する孔である配管保持孔が形成されている。配管保持孔はチューブを挿入することが可能な大きさの直径の孔であり、セパレータ３１に形成された流体流路に連通して形成される。また、配管保持孔と流体流路が連通する位置には、略円筒形状の漏洩防止部が形成されている。
【００４９】
また、ホルダー３２ａ，３２ｂには配管保持孔に連通して継手３５ａ，３５ｂが取り付けられており、ホルダー３２ａ，３２ｂへの流体供給および流体排出は継手３５ａ，３５ｂから挿入されるチューブを通して行われる。継手３５ａ，３５ｂは圧入および接着剤などでシールされることでホルダー３２ａ，３２ｂと接合されて流体の漏洩を防止する構造となっており、挿入されたチューブを締め付けて固定する。
【００５０】
セパレータ３１には溝３９を囲むように環状溝４０が形成されており、環状溝４０にはＯリングなどの弾性体が埋め込まれてシール部材４１を構成している。シール部材４１は燃料であるメタノールなどの有機溶剤に対して耐腐食性を有する材質で形成されており、片側挟込部３３を接合体と接触させると、シール部材４１が集電体に密着して接触するために、溝３９に流入した燃料が集電体に供給されても、セパレータ３１と集電体との間の気密が確保されて燃料の漏洩が起こらない。
【００５１】
また、ホルダー３２ａ，３２ｂには、セパレータ３１まで到達する孔が開口されており、セパレータ３１との電気的接続を確保するための接続端子部４２ａ，４２ｂが形成されている。接続端子部４２ａ，４２ｂがホルダー３２ａ、３２ｂに形成されていることにより、燃料電池評価装置に燃料と酸素を供給して接合体による発電反応を起こした場合に、電流計や電圧計を接続端子部４２ａ，４２ｂに接続することで簡便に電流や電圧を測定することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
セパレータは有機溶剤に対する耐腐食性を有しているため、燃料流路および溝をメタノールが流れてもセパレータが有機溶剤に溶解せず、燃料電池評価装置の長寿命化を図ることができる。セパレータをエポキシ樹脂などのバインダーにより練りこまれた炭素素材にて形成することができるため、溝や流体流路の形成を容易に行うことも可能になる。エポキシ樹脂などのバインダーにより練りこまれた炭素素材は高価な材料であるが、ホルダーとセパレータとで片側挟込部を構成することで、セパレータを接合体と接触する必要最低限の大きさとし、セパレータの小型化を図ることができるためコストを低減できる。
【００５３】
また、配管保持孔にはチューブがセパレータの流体流路に到達するまで挿入されているために、メタノールがホルダーの配管保持孔を直接流れることはない。また、流体流路と配管保持孔との境界には有機溶剤に対する耐腐食性を有する漏洩防止部が形成されており、チューブの周囲にはＯリングが配されているため、流体流路からメタノールが中心軸孔を介してホルダー側に漏洩することを防止できる。
【００５４】
したがって、ホルダーが有機溶剤に対する耐腐食性を有していなくても、ホルダーが有機溶剤に対して溶解してしまうことを防止し、接合体に対するメタノールの供給や接合体からのメタノールの排出をすることができる。さらに、ホルダーを金属等により形成していることで、継手をホルダーに接合したとしても、継手を接合した部分の破損を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池評価装置の構造を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態である燃料電池評価装置の構造を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態である燃料電池評価装置の片側挟込部の構造を示す外観斜視図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態である片側挟込部の内部構造を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態である燃料電池評価装置の片側挟込部の構造を示す外観斜視図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の片側挟込部での電極取付部を示す外観斜視図である。
【図７】従来の燃料電池評価装置の構造を示す模式断面図である。
【図８】従来の燃料電池評価装置の片側挟込部の構造を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ    セパレータ
２    接合体
３ａ，３ｂ    流体流路
４ａ，４ｂ    溝
５    継手
６    中間アダプタ
７，２６    電解質
８ａ，８ｂ，２７ａ，２７ｂ    集電体
９    絶縁部材
１０    燃料電池評価装置
１１，３１    セパレータ
１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂ    ホルダー
１３，３３    片側挟込部
１４    接合体
１５ａ，１５ｂ，３５ａ，３５ｂ    継手
１６    チューブ
１７    絶縁部材
１８    燃料流路
１９ａ，１９ｂ，３９    溝
２０    配管保持孔
２１    漏洩防止部
２２    中心軸孔
２３    Ｏリング
２４    締結孔
２５    ネジ
４０    環状溝
４１    シール部材
４２ａ，４２ｂ    接続端子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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